正加速度暴露对不同程度冠状动脉狭窄小型猪血浆儿茶酚胺和交感神经系统活性的影响

张颖，罗惠兰，刘兴德，田建伟

(空军总医院心内科，北京 100142；2.贵阳医学院附属医院心内科)



·基础研究·

正加速度暴露对不同程度冠状动脉狭窄小型猪血浆儿茶酚胺和交感神经系统活性的影响

张颖1，罗惠兰1，刘兴德2，田建伟1

(空军总医院心内科，北京 100142；2.贵阳医学院附属医院心内科)

目的研究正加速度(+Gz)对不同程度冠状动脉狭窄小型猪血浆儿茶酚胺水平和交感神经系统活性的影响。方法以巴马小型猪为研究对象，采用左前降支丝线环扎法建立冠脉轻度狭窄(<50%)、中度狭窄(50%～69%)、重度狭窄组(≥70%)动物模型，分别给予间断高强度+Gz暴露，观察各组心率变化以及血浆肾上腺素(Ad)、去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)水平变化。结果基础心率重度狭窄组明显高于健康对照组及轻度狭窄组(P<0.05)，高强度+Gz暴露后即刻、10 min各组心率均显著增快(P<0.01)，中度狭窄和重度狭窄组心率较健康对照组进一步增快(P<0.01)，重度狭窄组心率增快持续超过30 min，其余各组心率在+Gz暴露后30 min恢复正常；+Gz暴露前，重度狭窄组血浆Ad、NE水平明显高于对照组及轻度狭窄组(P<0.01)，暴露后各组血浆AD、NE水平均显著增高(P<0.01)，轻度、中度狭窄组至暴露后30 min时恢复正常，重度狭窄组持续超过30 min(P<0.01)。暴露后10 min时中度及重度狭窄组血浆Ad、NE水平均较对照组及轻度狭窄组显著增高(P<0.01)；+Gz暴露前各组DA水平差异无统计学意义(P>0.05)，+Gz暴露后即刻各组血浆DA水平均显著增高(P<0.05)，其中重度狭窄组DA水平显著高于其余各组(P<0.05)，各组血浆DA水平于10 min时恢复正常。结论+Gz暴露可激活冠脉狭窄小型猪交感神经系统、增加血浆儿茶酚胺(Ad、NE、DA)水平，冠脉狭窄≥50%情况下交感神经系统激活更为强烈。

冠状动脉狭窄;儿茶酚胺类;交感神经系统;模型,动物

冠状动脉粥样硬化以及冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)是严重危害人类健康的常见病，也是威胁飞行安全的重要因素。战斗机飞行员驾驶飞机进行空战动作或特技飞行时，加速度的作用会导致血液动力学改变、交感神经激活以及导致应激性反应，其中正加速度(+Gz)对飞行能力的影响尤为常见[1-2]。随着我国高性能战斗机种的普及，高强度+Gz负荷的飞行特点对飞行员心血管系统调节适应能力提出了更高要求。然而，+Gz对于合并冠状动脉狭窄者的神经体液反应以及血流动力学的影响目前尚不十分清楚，冠脉狭窄严重程度与交感神经活性改变之间的关系亦未见文献报道。本实验旨在通过构建不同程度冠状动脉狭窄的巴马小型猪动物模型，观察+Gz作用下交感神经系统活性以及血浆儿茶酚胺水平的改变，为探讨不同程度冠脉狭窄在模拟飞行条件下的安全性提供理论依据。

1　材料与方法

1.1实验动物雄性封闭群巴马小型猪28头，购自黑龙江省双鸭山市实创科技小型猪养殖场，饲养于中国医学科学院阜外心血管病医院动物中心饲养室[SYXK(京) 2008-0016]，体质量(22.6±2.2)kg，月龄(10.6±1.2)个月。根据动物生长情况，每日喂食2 次，自由饮水，有专职兽医确保实验动物健康。实验动物在麻醉下采用左前降支丝线环扎法构建冠脉不同程度狭窄的动物模型，经冠状动脉造影分为：假手术正常冠脉对照组(A组)、冠脉轻度狭窄组(B组，冠状动脉血管直径狭窄<50%)、冠脉中度狭窄组(C组，50%≤狭窄程度<70%)，冠脉重度狭窄组(D组，70%≤狭窄程度<100%)。研究方案经阜外医院动物伦理委员会批准，按实验动物使用的3R原则行人道的关怀。

1.2仪器和设备OEC 9800数字减影机(GE公司，美国)；NARKOMED 2C麻醉机(Draeger 公司，德国)；心电监护仪(HP公司，美国)；Savina重症监护呼吸机(Draeger公司，德国)；6F JL4.0造影导管(Medtronic公司，美国)；Vision Ris医学影像存档传输系统V 5.0.0(伟业前程科技有限公司，北京)；离心机半径为8 m的98型离心机(中国航天员科研训练中心)；UC2401-VP高速离心机(Sigma公司，德国)。

1.3试剂多巴胺检测ELISA试剂盒、肾上腺素检测ELISA试剂盒、去甲肾上腺素检测ELISA试剂盒购自美国R&D公司。其他化学试剂均为国产分析纯。

1.4冠脉狭窄动物模型的制备巴马小型猪禁食水12 h，氯胺酮35mg/kg麻醉，右侧卧位，左侧胸部备皮，经口腔行气管插管并接呼吸机。右侧位固定动物，于左侧腋后线水平第4肋间、胸骨旁第2肋间水平、锁骨中线第4肋间水平分别作胸腔镜头孔、主操作孔(主孔)、辅助操作孔(辅孔)。进入胸腔，暴露心脏，分离血管，于左前降支近端分叉用血管钳夹持1-0丝线按方案要求环绕结扎，环扎前在丝线与血管之间衬用不同型号穿刺用套管针(分别衬用14、16号穿刺用套管针制作轻度狭窄模型，18、20号穿刺用套管针制作中度狭窄模型，22、24号穿刺用套管针制作重度狭窄模型)，快速环扎后轻柔撤出套管针。关闭胸腔，肌内注射青霉素，术后4 h始皮下注射低分子肝素钙(1 次/12 h)，连续注射1周后停药；阿司匹林肠溶片+硫酸氯吡格雷片治疗至实验结束[3]。

3只猪于术中出现室颤，除颤成功后分别于术后6、48 h死亡。假手术组不进行冠脉结扎，其余处理均与手术组一致。

1.5冠脉狭窄程度的影像学检测采用C形臂X线血管造影机，经皮穿刺股动脉后置入6F鞘管，经鞘管送入6F JL4.0造影导管至左冠状动脉窦，注入碘普罗胺370造影剂进行冠状动脉造影。常规投影角度，采用连续电影法观察左前降支直径狭窄情况，术后结扎股动脉。运用Vision Ris医学影像存档传输系统计算机定量分析软件分析冠脉直径狭窄程度，按照冠脉狭窄程度进行分组：狭窄程度20%～49%为轻度狭窄组(n=7)、狭窄程度50%～69%为中度狭窄组(n=7)、狭窄程度70%～90%为重度狭窄组(n=7)。假手术组(n=7)冠脉未见狭窄。

1.6+Gz暴露实验猪经氯胺酮肌内注射麻醉后安置于离心机上，尾部朝向离心机外部，所有动物给予+3 Gz～+6 Gz高正加速度暴露，初始加速度为+3 Gz，每次暴露10 s，G值增长率1 G/s，间隔时间 5 min，最高加速度为+6 Gz。在+3 Gz～+6 Gz的暴露环境下，若心电监护显示出现相关危险心电信号(同一导联出现3次以上的室性期前收缩或者心室颤动等)则停止+Gz暴露。

1.7心率测量分别于各组小型猪+Gz暴露前及暴露后通过心电监测计算心率，心率=30 s心跳次数×2，心率水平反应实验动物的交感神经活性状况。

1.8血液采集与检测各组小型猪分别于麻醉状态下分别于+Gz暴露前、暴露后即刻、暴露后10 min、暴露后30 min经前腔静脉抽取静脉血3 mL，加入装有抗凝剂的干燥试管中4 ℃保存，于4 h内离心分离血浆。采用双抗体夹心ABC-ELISA法检测多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素水平，操作过程严格按照试剂盒说明书进行。

1.9统计学处理应用SPSS 19.0统计软件包进行数值分析。各组小型猪在+Gz暴露前、暴露后数据间的比较采用单因素方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1+Gz暴露对不同程度冠脉狭窄猪心率的影响各组动物均顺利完成+Gz暴露。+Gz暴露前，冠脉重度狭窄组心率明显高于健康对照组及轻度冠脉狭窄组(P<0.05)。高强度+Gz暴露后及暴露后10 min各组心率均较暴露前显著增高(P<0.01)，30 min后心率恢复正常。与对照组相比较，中度、重度冠脉狭窄组心率明显增快(P<0.01)，重度狭窄组心率增快持续至暴露后30 min(P<0.01)。见表1。

2.2+Gz暴露对不同程度冠脉狭窄猪血浆肾上腺素水平的影响+Gz暴露前，与正常冠脉组、冠脉轻度狭窄组、中度狭窄组相比较，重度狭窄组猪基础血浆肾上腺素水平明显增高(P<0.01)。高强度+Gz暴露后即刻各组猪血浆肾上腺素水平均较离心前显著增高(P<0.01)，持续至10 min时仍未恢复正常(P<0.01)，重度狭窄组血浆肾上腺素水平升高持续至暴露后30 min(P<0.01)。与正常冠脉组、轻度狭窄组、中度狭窄组相比较，重度狭窄组血肾上腺素水平在高强度+Gz暴露后即刻、暴露后10 min、30 min时均显著增高(P<0.01)。冠脉正常组、轻度狭窄及中度狭窄组之间血浆肾上腺素水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表1　正加速度(+3～+6Gz)暴露对不同程度冠脉狭窄猪心率的影响±s，次/min)

注：与正常冠脉组比较，aP<0.01；与+Gz暴露前比较，bP<0.01

表2　正加速度暴露对不同程度冠脉狭窄猪血浆肾上腺素水平的影响±s，μg/L)

注：与正常冠脉组比较，aP<0.01；与冠脉轻度狭窄组比较，bP<0.01；与冠脉中度狭窄组比较，cP<0.01；与+Gz暴露前比较，dP<0.01

2.3+Gz暴露对不同程度冠脉狭窄猪去甲肾上腺素水平的影响+Gz暴露前，冠脉重度狭窄组猪基础血浆去甲肾上腺素水平较对照组明显增高(P<0.01)，冠脉正常组、轻度狭窄组、中度狭窄组血浆基础去甲肾上腺素水平差异无统计学意义(P>0.05)。高强度+Gz暴露后即刻，各组猪血浆肾上腺素水平均较暴露前显著增高(P<0.01)，暴露后10 min仍高于基础水平(P<0.01)，轻度狭窄30 min后恢复正常，中度狭窄组及狭窄组升高持续至暴露后30 min(P<0.01)。与正常冠脉组、轻度狭窄组、中度狭窄组相比较，重度狭窄组血去甲肾上腺素水平在高强度+Gz暴露后即刻、暴露后10 min、30 min时均显著增高(P<0.01)。与冠脉正常组相比较，轻度狭窄及中度狭窄组在+Gz暴露后血浆去甲肾上腺素水平差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

2.4+Gz暴露对不同程度冠脉狭窄猪血浆多巴胺水平的影响+Gz暴露前，各组猪血浆多巴胺水平差异无统计学意义(P>0.05)。高强度+Gz暴露后，各组多巴胺水平均较暴露前明显增高(P<0.05)，其中，冠脉重度狭窄组血浆多巴胺水平显著高于对照组及冠脉轻度狭窄组(P<0.05)。暴露后10 min以后血浆多巴胺水平恢复正常。见表4。

3　讨论

机体受到+Gz加速度作用时，由于重力作用导致血流向下肢移动、头颈部血压下降及交感神经系统激活，神经内分泌以及血管活性物质水平增高，以对抗加速度对血流动力学的影响。本研究观察到正常冠脉以及冠脉轻度狭窄小型猪在较大+Gz离心力的作用下出现交感神经激活以及血浆儿茶酚胺水平明显增高，以血浆肾上腺素、去甲肾上腺素增高尤为显著，+Gz暴露后10 min仍高于正常，30 min时恢复正常水平。交感神经激活及血浆儿茶酚胺升高可通过增快心率、增强心脏收缩力以及收缩血管等作用对抗+Gz对血流动力学的影响，具有代偿性维持血流动力学稳定的作用。然而交感神经过度激活以及儿茶酚胺异常增高可严重危害机体健康，甚至诱发严重心血管事件的发生。研究发现冠脉中度、重度狭窄(狭窄程度≥50%)小型猪动物模型在+Gz作用下出现交感神经过度激活以及血浆儿茶酚胺进一步增高，表现为心率进一步增快以及血浆肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺浓度显著增高。

高强度+Gz暴露引起交感神经系统激活、大量儿茶酚胺合成释放以及心率增快，一方面心率增快所产生的剪切力和冲击力可造成内皮损害，促进粥样硬化性斑块的进展，增加斑块的不稳定性甚至导致斑块破裂、出血并形成血栓，导致心肌缺血或心肌梗死。同时，心率增快导致心肌耗氧量增加，可诱发心绞痛，促发心力衰竭等疾病[4-7]。另外大量血儿茶酚胺可促进细胞膜离子通道构型的改变，导致细胞内大量钾离子外流，胞内钠、钙离子内流，引起水电解质失衡，出现各型恶性心律失常，特别是恶性室性心律失常的发生[8]。

表3　正加速度暴露对不同程度冠脉狭窄猪血浆去甲肾上腺素水平的影响±s,μg/L)

注：与正常冠脉组比较，aP<0.01；与冠脉轻度狭窄组比较，bP<0.01；与冠脉中度狭窄组比较，cP<0.01；与+Gz暴露前比较，dP<0.01

表4　正加速度暴露对不同程度冠脉狭窄猪血浆多巴胺水平的影响±s,pg/mL)

注：与+Gz暴露前比较，aP<0.05；与正常冠脉组比较，bP<0.05；与冠脉轻度狭窄组比较，cP<0.05

交感神经系统兴奋可引起下丘脑-垂体-肾上腺皮质系统以及交感-肾上腺髓质激活，并通过增强与儿茶酚胺合成相关的关键酶酪氨酸羟化酶(TH)，多巴胺-β-羟化酶(DBH)和苯乙醇胺-N-甲基转移酶(PNMT)的活性，从而增加儿茶酚胺的合成与释放[9-10]。高强度+Gz加速度暴露引起血流动力学变化以及应激反应，激活交感神经系统，导致血浆肾上腺素、去甲肾上腺素水平显著增高，随后逐渐下降，至10 min时仍高于暴露前水平，30 min后恢复正常水平。血浆多巴胺水平在+Gz暴露后即刻出现轻度增高，10 min时完全恢复正常，与应激状态下血儿茶酚胺改变相符合。这是由于多巴胺作为递质的神经元主要分布于中枢神经系统，且多巴胺不能通过血脑屏障进入血液，因此，血浆中多巴胺的主要来源是新合成的增加，而不是神经囊泡的释放。

冠脉重度狭窄(狭窄程度≥70%)小型猪静息心率、血浆儿茶酚胺水平以及+Gz暴露后心率和血浆儿茶酚胺水平均较正常冠脉和轻度冠脉狭窄(狭窄程度<50%)、中度冠脉狭窄(狭窄程度50%～69%)小型猪明显增加，心肌耗氧显著加强，血氧供需矛盾更加突出，发生心血管事件风险显著增加，提示冠脉重度狭窄对+Gz耐力具有非常明显的影响。中度冠脉狭窄小型猪静息心率与正常冠脉小型猪相比较虽无明显差别，但是在+Gz暴露后出现心率及儿茶酚胺显著增高，提示+Gz适应不良及耐力下降，具有潜在的相关风险。冠脉轻度狭窄(<50%)小型猪在+Gz暴露后心率以及血儿茶酚胺水平与正常冠脉小型猪无明显差别，提示单纯<50%冠脉狭窄对+Gz的适应性、耐力及交感神经系统影响相对较小。

总之，+Gz加速度暴露可出现交感神经系统激活及血儿茶酚胺水平增高，有助于机体对抗+Gz对血流动力学的影响，而交感神经系统过度激活及血儿茶酚胺大量释放则导致心肌耗氧增加及诱发心血管事件的发生。冠脉轻度狭窄(<50%)对+Gz激活交感神经系统的影响相对较小，中度(50%～69%)、重度冠脉狭窄(狭窄程度≥70%在+Gz暴露后出现交感神经系统过度激活及血儿茶酚胺大量释放，+Gz适应不良及耐力下降，具有潜在的心血管事件风险。因此，中、重度冠状动脉狭窄(≥50%)对飞行安全具有明显的影响。

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Effects of positive acceleration on sympathetic nervous activity and plasma catecholamine in miniature pig model with different coronary artery stenosis

ZhangYing*,LuoHuilan，LiuXingde,TianJianwei

(*DepartmentofCardiology,AirForceGeneralHospitalofPLA,Beijing100142,China)Correspondingauthor：LuoHuilan,Email:809817757@qq.com

ObjectiveTo study the effects of positive acceleration (+Gz) on sympathetic nervous activity and plasma catecholamine in miniature pig model with different coronary artery stenosis.MethodsTwenty-eight Obama miniature pigs were distributed to mild stenosis (Less than 50%,n=7) group,moderate stenosis (50%～69%,n=7) group,severe stenosis (more than 70%,n=7) group,and sham-operation control group (n=7).The left anterior descending branch wire cerclage method was adopted for establish animal model of coronary artery stenosis.We observed the effects of intermittent high +Gz exposure on heart rate and plasma adrenaline (Ad),norepinephrine (NE) and dopamine (DA) levels of miniature pigs with different coronary artery stenosis.ResultsThe basal heart rate of severe stenosis group was significant higher than that in the normal control group and mild stenosis group (P<0.05).The heart rate of each group was significantly increased at immediately and 10 minutes after high +Gz exposure.Compare with control group and mild stenosis group,the heart rate of moderate and severe stenosis group were significantly increased.Furthermore,the duration of heart rate increase fast in severe stenosis group was more than 30 minutes after exposure.The plasma Ad,NE levels of severe stenosis groups were significant higher than the control and mild stenosis group (P<0.01) before exposure.Plasma Ad and NE levels in all groups were significantly increased at immediately and 10min after exposure(P<0.01).The plasma Ad and NE levels return to normal at 30min after exposure in control and mild stenosis group,and the plasma Ad and NE of severe stenosis group continued more than 30 minutes (P<0.01).Plasma DA of each group was significantly increased at once after +Gz exposure and return to normal at 10min after exposure(P<0.05.There was significantly increased plasma DA levels in severe stenosis group than the other group at 10min after exposure(P<0.05).Conclusion+Gz exposure can activate sympathetic nervous system and increase plasma catecholamine (Ad,NE and DA) levels in miniature pig model,and the effects were much stronger in miniature pig with coronary artery stenosis more than 50% .

Coronary stenosis;Catecholamines;Sympathetic nervous system;Models,animal

全军“十二五”重点课题(BWS11J054)

张颖，硕士在读，Email：809817757@qq.com

罗惠兰，主任医师，硕士生导师，Email:809817757@qq.com

R543.31

A

10.3969/J.issn.1672-6790.2016.04.023

2015-08-30)